CN105255385A - 一种单组份高性能导电银胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了单组份高性能导电银胶，由以下质量份的原料制成：环氧树脂15～25、固化剂1～2、二元酸0～0.8、导电填料76～80、溶剂3～8。该导电银胶具有较好的导电性能、剪切强度和较高的导热性能；本发明还公开了上述单组份高性能导电银胶的制备方法，该制备方法工艺简单、成本低，环保，制备的导电银胶在室温存储时间超过3个月，150℃固化1h，固化后体积电阻率达到1.5×10^-4Ω.cm，粘接强度可达17.9MPa，导热系数可达13.8W/m.K。

Description

一种单组份高性能导电银胶及其制备方法

技术领域

本发明属于导电银胶技术领域，具体涉及一种单组份高性能导电银胶及其制备方法。

背景技术

导电胶作为取代传统焊料的一种新型绿色环保材料，具有操作工艺简单、粘接温度低等优点，从而被广泛应用于微电子封装、IC封装、LED封装等领域。但目前为止导电胶与传统锡铅焊料相比，依然具有一定的缺点，如粘接强度低，导电率、导热率等方面均低于锡铅焊料，且市场上所使用单组份型导电胶均需要在低温条件下存储，为导电胶的运输造成很大的不便。

导电胶主要由树脂体系与导电填料组成，其中树脂体系提供导电胶的力学性能，导电填料提供导电性能。由于环氧树脂本身具有优异的综合性能，目前一般采用环氧树脂作为导电胶配方中的树脂体系。银粉由于其具备较好的导电性能，同时还有化学性质稳定，不易氧化，且氧化银具有导电性，因此银粉是最常使用的导电胶填料。在银粉的制备过程中，通常会在其表面添加一层有机绝缘物质，防止其在球磨过程中发生冷焊现象，而该绝缘物质在一定程度上影响银粉的导电性能。

因此，有必要继续对导电银胶的配方及其制备方法进行进一步的研究，以提高银粉的导电性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种单组份高性能导电银胶，该导电银胶具有较好的导电性能、剪切强度和较高的导热性能。

本发明所要解决的技术问题还在于提供上述单组份高性能导电银胶的制备方法，该制备方法工艺简单、成本低，环保。

本发明所要解决的第一个技术问题是通过以下技术方案来实现的：一种单组份高性能导电银胶，由以下质量份的原料制成：

进一步的，本发明提供的单组份高性能导电银胶，由以下质量份的原料制成：

更佳的，本发明提供的单组份高性能导电银胶，由以下质量份的原料制成：

在上述单组份高性能导电银胶的各原料中：

本发明所述的环氧树脂优选为双酚F型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、酚醛类环氧树脂和脂肪族缩水甘油醚类环氧树脂中的一种或几种。

环氧树脂主要起到后期固化后的粘接作用，同时这里选用的低粘度环氧树脂是促进银粉更加均匀的分散，从而提高导电胶的导电、导热性能。

进一步的，本发明所述的双酚F型环氧树脂优选为双酚F170环氧树脂或双酚F862环氧树脂。

本发明采用双酚F型环氧树脂等具有黏度低和良好的耐水性的树脂，将其作为本发明高性能导电银胶体系的主要成分，可以保证导电银胶具有较低黏度，有利于导电填料在树脂体系中的分散，为导电银胶达到良好的导电性能提供前提条件。

本发明所述的固化剂优选为胺类、脲类和咪唑类等具有潜伏性碱性固化剂中的一种或几种；进一步的，其中本发明所述的胺类固化剂为双氰胺，所述的脲类固化剂为UR300。更进一步的，当所述的固化剂为双氰胺和UR300时，且二者的质量份配比为11:7时，固化效果更佳。

本发明选用潜伏性碱性固化剂，能够保证导电银胶在室温下不进行固化反应，而当温度升至特定的温度后，导电银胶才开始进行固化反应，这样有利于导电银胶在室温下的储存运输。

本发明所述的二元酸优选为有机短链二元酸。有机短链二元酸酸性较弱，更适合用于本发明的导电银胶的制备过程中。

进一步的本发明所述的有机短链二元酸的结构如下：

HOOC-(CH₂)_n-COOH，其中n＝0～8。

进一步的，该有机短链二元酸为己二酸。

本发明优选采用有胺类、脲类潜伏性固化剂为导电银胶的室温存储性能提供前提条件，另外添加有机二元酸，可以去除并取代银粉表面绝缘物质，提高导电胶的导电性能、导热性能，同时二元酸与固化剂反应最终参与到固化过程中，从而提高导电胶的力学性能。

其作用机理如下：

本发明所述的导电填料优选为银粉，所述银粉的表面呈弱酸性。

本发明中的银粉主要为固化后的导电银胶提供导电导热性能，银粉表面呈弱酸性有利于二元酸的置换反应。

进一步的，本发明所述的银粉优选为片状银粉和球状银粉的混合物。且当片状银粉与球状银粉比例为70.1/7.7时导电银胶的导电效果最好。

本发明采用片状银粉与球状银粉的混合物作为导电银胶的导电填料，通过片球共混，可以增加银粉间的接触方式，从而提高导电胶的导电性能。

两种银粉混合后效果更好，因为不同的银粉形貌为银粉之间提供更多的接触点，从而为导电银胶提供更多的导电通道，并进一步提高导电胶的导电性能。

本发明所述的溶剂优选为高沸点有机溶剂，进一步的，本发明所述的高沸点有机溶剂优选为松油醇或二乙二醇二乙醚。

本发明采用高沸点有机溶剂，具有以下作用：(1)能降低导电银胶体系的黏度，促进银粉更好的分散；(2)室温下挥发缓慢，保证导电胶在敞口存放时黏度变化不大；(3)可以调节导电胶的黏度，满足工艺应用需求。

本发明采用低黏度的环氧树脂及碱性潜伏性固化剂，添加短链有机二元酸，通过短链二元酸中一个官能团反应并取代银粉表面有机物质，另一官能团再与固化剂进行化学反应，有效去除银粉表面的绝缘物质并提高银粉与树脂体系的接触性能，最终提高导电胶的导电率、粘接强度及导热性能。

本发明所要解决的第二个技术问题是通过以下技术方案来实现的：上述单组份高性能导电银胶的制备方法，包括以下步骤：按上述用量关系，取各原料环氧树脂、固化剂、二元酸、导电填料和溶剂，混合搅拌均匀，离心搅拌脱泡，固化即制得单组份高性能导电银胶。

其中固化温度优选为150～180℃，固化时间为1～2h。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明单组份高性能导电银胶的配方中，选用环氧树脂和银粉作为导电胶的基础配方，同时采用潜伏性优异的胺类、脲类固化剂混合，并添加有机二元酸，通过二元酸与银粉表面有机绝缘物质及固化剂间的相互作用，最终提高了导电银胶的导电率、粘接强度以及导热性能；

(2)本发明的导电胶制备工艺简单，制备的导电银胶在室温存储时间超过3个月，150℃固化1h，固化后体积电阻率达到1.5×10^-4Ω.cm，粘接强度可达17.9MPa，导热系数可达13.8W/m.K；

(3)本发明中的单组份高性能导电银胶，主要应用于IC及LED芯片粘接等应用领域，其制备方法具有制备工艺简单、成本低，环保等特点，所制备的导电胶固化后具有较好的导电性能、剪切强度和较高的导热性能；

(4)目前市场上有很多导电胶含有A、B组份，使用前需将A、B组份混合均匀后才能使用，而本发明中制备的单组份导电银胶可以直接使用，无需再次混合，使用方便。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例以已二酸为有机二元酸为例，制备导电银胶与未添加二元酸制备导电银胶的性能进行对比时获得如下效果：在导电银胶中添加二元酸可以显著提高导电胶的导电性能、导热性能，并能部分提高导电银胶的剪切强度，导电银胶的组成(以重量份表示)如表1所示，将各成份混合搅拌均匀，并通过行星式搅拌机离心搅拌脱泡，然后在150℃下固化1h。

表1添加二元酸制备的导电银胶与未添加二元酸制备的导电银胶的性能进行对比

实施例2

本实施例以添加几种不同种类有机二元酸为例子制备导电胶，导电银胶的组成(以质量份表示)如表2示，将各成份混合搅拌均匀，并通过行星式搅拌机离心搅拌脱泡，然后在150℃下固化1h。

表2添加不同种类二元酸制成的导电银胶的性能

从表2中可以看出添加已二酸后的性能更加优异，二元酸的添加确实可以提高导电胶导电、导热性能。

实施例3

本实施例以添加已二元酸为例，改变已二酸含量制备导电胶，导电胶的组成(以质量份表示)如表3示。将各成份混合搅拌均匀，并通过行星式搅拌机离心搅拌脱泡，然后在150℃下固化1h。

表3添加不同用量己二酸对导电银胶性能的影响

从表3中可以看出已二酸添加量为0.2wt％时，导电银胶的综合性能最好，当已二酸含量过少时，银粉表面有机绝缘物质不能很好的去除，而已二酸含量过多时，已二酸参与固化反应，降低导电胶固化后的交联密度，均会导致导电胶的导电导性能下降。

实施例4

本实施例采用片状银粉与球状银粉共混为例，改变片状银粉与球状银粉的比例制备导电银胶，导电银胶的组成(以质量份表示)如表4示。将各成份混合搅拌均匀，并通过行星式搅拌机离心搅拌脱泡，然后在150℃下固化1h表4。

表4添加不同种类银粉对导电银胶性能的影响

从表4中可以看出，固定银粉总含量后，两种银粉共混可以提高导电胶的综合性能，并且在片状银粉与球状银粉比例为70.1/7.7时效果最好。

实施例5

本实施例以银粉为导电填料，改变银粉含量制备导电胶。导电胶的组成(以重量份表示)如表5示。将各成份混合搅拌均匀，并通过行星式搅拌机离心搅拌脱泡，然后在150℃下固化1h表5。

表5添加不同用量银粉对导电银胶性能的影响

从表5中可以看出，银粉含量为77.8wt％时，导电胶的综合性能最好，银粉含量过低时导电胶的导电导热性能均较差，而含量过高后，导电胶的力学性能下降。

实施例6

本实施例通过改变固化剂种类及含量制备导电胶。导电胶的组成(以重量份表示)如表6示。将各成份混合搅拌均匀，并通过行星式搅拌机离心搅拌脱泡，然后在不同条件下固化。

表6固化剂种类及含量对导电银胶性能的影响

从表6中可以看出，单独采用100S作为固化剂时，需要180℃固化2h其综合性能达到最好，采用100S和UR300混合使用时，导电胶在150℃固化1h其性能就可以达到一理想值，而当100S与UR300混合比例为11/5时制备的导电胶综合性能最好。

实施例7

本实施例提供的单组份高性能导电银胶，由以下质量份的原料制成：

环氧树脂15、固化剂1、导电填料76、溶剂8。

其中环氧树脂为双酚F862环氧树脂，固化剂为咪唑类固化剂，导电填料为银粉，银粉的表面呈弱酸性，其为片状银粉和球状银粉的混合物，溶剂为松油醇。

实施例8

本实施例提供的单组份高性能导电银胶，由以下质量份的原料制成：

环氧树脂25、固化剂2、二元酸0.8导电填料80、溶剂3。

其中环氧树脂为酚醛类环氧树脂如双酚A型酚醛环氧树脂、苯酚型酚醛环氧树脂等，固化剂为咪唑类固化剂如咪唑、2-甲基咪唑等，二元酸为丁二酸，导电填料为银粉，银粉的表面呈弱酸性，其为片状银粉和球状银粉的混合物，溶剂为二乙二醇二乙醚。

上述各实施例中片状银粉粒径优选为5～8μm，球状银粉粒径优选为1～2μm；可以按公开的各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值，以及各原料的同类物替换都能实现本发明目的，如所述的环氧树脂还可选用为双酚A型、双酚F型、脂肪族缩水甘油醚类环氧树脂中的一种或共混物。所述的固化剂还可选用为咪唑类、脲类等中的其它下位概念原料，在此不一一列举实施例。

Claims (10)

1.一种单组份高性能导电银胶，其特征是由以下质量份的原料制成：

2.根据权利要求1所述的单组份高性能导电银胶，其特征是：所述的环氧树脂为双酚F型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、酚醛类环氧树脂和脂肪族缩水甘油醚类环氧树脂中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的单组份高性能导电银胶，其特征是：所述的双酚F型环氧树脂为双酚F170环氧树脂或双酚F862环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的单组份高性能导电银胶，其特征是：所述的固化剂为胺类、脲类和咪唑类的具有潜伏性碱性固化剂中的一种或几种；其中所述的胺类固化剂为双氰胺，所述的脲类固化剂为UR300。

5.根据权利要求1所述的单组份高性能导电银胶，其特征是：所述的二元酸为有机短链二元酸。

6.根据权利要求5所述的单组份高性能导电银胶，其特征是：所述的有机短链二元酸的结构如下：

HOOC-(CH₂)_n-COOH，其中n＝0～8。

7.根据权利要求1所述的单组份高性能导电银胶，其特征是：所述的导电填料为银粉，所述银粉的表面呈弱酸性。

8.根据权利要求7所述的单组份高性能导电银胶，其特征是：所述的银粉为片状银粉和球状银粉的混合物。

9.根据权利要求1所述的单组份高性能导电银胶，其特征是：所述的溶剂为高沸点有机溶剂，所述的高沸点有机溶剂为松油醇或二乙二醇二乙醚。

10.权利要求1-9任一项所述的单组份高性能导电银胶的制备方法，其特征是包括以下步骤：按上述用量关系，取各原料环氧树脂、固化剂、二元酸、导电填料和溶剂，混合搅拌均匀，离心搅拌脱泡，即制得单组份高性能导电银胶。